1、计算机控制技术复习提纲第一章：1. 计算机控制系统概念及其组成。计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控制计算机,简称工控机) 来实现生产过程自动控制的系统。计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。2. 计算机控制系统的工作原理。（1）实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入；（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。（3）实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。（4）信息管理。随着网络技术和控制策略的发展，信息共享和管理也介入到控制系统之中。3. 在线方式与离线
2、方式。在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。4. 实时数据采集、实时控制决策的概念及与计算机系统的关系。实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入；实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。5. 计算机控制系统的典型形式种类与特点。（操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散型控制系统、现场总线控制系统）。（1）操作指导控制系统该系统属于开环控制结构。计算机根据一定
3、的控制算法，依赖测量元件测得的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作条件及操作方案。操作人员根据计算机输出的信息去改变调节器的给定值或直接操作执行机构。（2）直接数字控制系统（Direct Digital Control System-DDC）DDC 系统属于计算机闭环控制系统。计算机首先通过模拟量输入通道（AI ）和开关量输入通道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控制生产过程。（3）监督控制系统（Supervisory Computer Control System -SCC)监督控制中，计算机根
4、据原始工艺信息和其他的参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优工况（如保持高质量、高效率、低消耗、低成本等等）。从这个角度上说，它的作用始改变设定值，又称为设定值控制 SPC(Set Point Control).（4）分布式控制系统（Distributed Control System-DCS)DCS 采用分散控制，集中操作，分级管理，分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级等三级系统，形成分级分布式控制。（5）现场总线控制系统（Fieldbus
5、 Control System-FCS)FCS 是新一代分布式控制结构。20 世纪 80 年代发展起来的 DCS，其结构模式为“操作站控制站现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的 DCS 又各自的标准，不能互连。FCS 于 DCS 不同，它的结构模式为“工作站现场总线仪表”二层结构，完成了 DCS 三层结构的功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。6. DDC、SCC、DCS 、FCS 系统的含义和主要特点。同上。第二章：7. RS-232、RS-485、RS-442、USB 总线的特点（电气、物理）与区别。RS-232 （串行） ： -15V
6、(1)、+15V(0)；电气接口是单端的、双极性电源供电电路。数据传输速率局限于20kb/s，传输距离局限于 15m，该标准没有规定连接器，有 25 和 9 脚插针。传送信号只用 1 根信号线，不能区分由驱动电路产生的有用信号和外部引入的干扰信号。采用高压供电以排除地的干扰。RS-485：采用平衡差分电路，为半双工工作方式，只采用一对平衡差分信号线来连接，任何时候只能有一点发送数据；可以联网构成分布式系统，最多并联 32 台驱动器和 32 台接收器。RS-232：采用平衡驱动和差分接收方法，消除信号地线，数据传输速率比 RS-232 提升了很多，串口通信最远距离是 50 英尺。USB 总线接口
7、（串行） ：USB1.1：12Mbps，USB2.0 ：480Mbps。2 电源线（5V），2 数据线，127 个设备USB1.1：12Mbps，USB2.0 ：480Mbps。2 电源线（5V），2 数据线，127 个设备，距离 5 米。具有热插拔功能。 8. CPU 与 I/O 设备进行数据交换时存在的问题。CPU 与 I/O 设备数据交换时存在的问题：1）速度不匹配。I/O 设备速度一般比 CPU 慢许多，因种类 不同，速度差异很大，如硬盘与打印机。2）时序不匹配。各 I/O 设备有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与 CPU 的时序取得统一。3）信息格式不匹配。存储和处理信
8、息的格式不同，如串行和并行、二进制、ASCII 码和 BCD 码等。4）信息类型。信号类型不同，数字、模拟，处理不同。因此 I/O 设备一般不和微机内部直接相连，必须通过接口，解决连接时存在的矛盾。9. 计算机 IO 端口的地址分配及特点。I/O 端口地址分配：1024 个端口两类 I/O 接口硬件：板内接口和扩展接口。前 256 个（0000FFH）专供系统板上的 I/O 接口芯片使用，后 768 个（1003FFH）为 I/O 接口扩展卡使用。其地址分配分别如表 2-2 和表 2-3 所示。 （1）系统板上的 I/O 接口：表 2-2 （2）扩展卡上的 I/O 接口：表 2-3 10. I
9、O 端口的地址译码方法，看懂电路原理。11. 两种译码的特点和目的。1） 固定地址译码：根据确定地址段来设计译码电路2） 开关选择译码：数据比较器将数据和开关设定的地址比较，如果相等，比较器的输出端输出低电平有效，表示该芯片被选中。缺点：可能会与将来加入系统的同类板卡地址译码冲突。12. 看懂 ISA 总线端口扩展电路原理。1.板选译码与板内译码 2.总线驱动及逻辑控制3.端口及其读写控制13. 计算机数字量接口和过程通道的概念和特点。数字量输入接口（DI）：作用：采集生产过程的状态信息。完成过程：用三态门缓冲器 74LS244 取得状态信息。经过端口地址译码，得到片选信号。当在执行 IN 指
10、令周期时，产生 I/O 读信号，则被测的状态信息可通过三态门送到 PC 总线工业控制机的数据总线，然后装入AL 寄存器。设片选端口地址为 port，可用如下指令来完成取数.MOV DX， portIN AL， DX数字量输出接口：作用：当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。完成过程：用 74LS273 作 8 位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。由于 PC 总线工业控制机的 I/O 端口写总线周期时序关系中，总线数据 D0D 7 比 I/O 写前沿( 下降沿)稍晚，因此利用 I/O 写的后沿产生的上升沿锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信
11、号，当在执行 OUT 指令周期时，产生 I/O 写信号。 设 片选端口地址为 port，可用以下指令完成数据输出 控制。MOV AL， DATA MOV DX， port OUT DX， AL数字量输入通道的结构：数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路等组成。 数字量输出通道的结构：数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成 。14. 74LS244 与 74LS273 的特点和应用？ 74LS273：有 8 个通道，可输出 8 个开关状态，并可驱动 8 个输出装置。作 8 位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。常用于数据量输入接口。74L
12、S244：三态缓冲器，有 8 个通道可输入 8 个开关状态。可隔离输入和输出线路，在两者之间起缓冲作用。常用于数字量输出接口。15. 数字量通道的输入调理电路的概念、作用和组成结构。为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理 。（1） 小功率输入调理电路开关、继电器等接点接通和断开动作，被转换成 TTL 电平信号与计算机相连。为清除接点抖动而产生振荡信号，一般加积分电路。 目的：把开关 K 的状态转化成二进制状态。原理：闭和 K 时，电容 C 放电，反相器反相为 1；断开 K 时，电容 C 充电，反相器
13、反相为 0原理：当 K 在上时，输出上为 1，下为 0。当 K 按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产生瞬间不闭合，造成 R-S 触发器输入为双 1，故状态不改变。（2）大功率输入调理电路当从电磁离合等大功率器件的接点输入信号时，为了使接点工作可靠，接点两端至少要加 24V 以上的直流电压（因为直流电平的响应快，不易产生干扰）。但是这种电路，由于所带电压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。光电隔离：通常使用一个光耦将电子信号转换为光信号，在另一边再将光信号转换回电子信号。如此，这两个电路就可以互相的隔离。原理：当 K 闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经反相器反相为 1。
14、当 K 断开时，光电二极管不导通，晶体管不导通，经反相器反相输出为 0。其中，用 R1、R2 进行分压，C 进行滤波，要合理选择参数。16. 小功率直流驱动电路的形式和特点。小功率直流驱动电路：功率晶体管输出驱动继电器（包括线圈和触点）负载呈感性，必须加装克服反电势的保护二极管 D，D 的作用是泄流，通过 D 放掉 J 上所带的电荷，防止反向击穿。R 的作用是限流。作用过程：当 TTL 电平为 1 时，晶体管截止，J 不吸合当 TTL 电平为 0 时，晶体管导通，J 吸合达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416 是达林顿阵列驱动器 . 达林顿晶体管 DT（Dar1ington Transi
15、stor）亦称复合晶体管。它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出 E、B、C 三个电极。17. 大功率驱动电路的形式和特点（光电隔离、继电器、接触器）。在大功率交流驱动电路中，固态继电器 SSR 作交流开关使用。SSR 是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。SSR 作交流开关，相当于有一个触点，左边是 TTL 电平，在 05V 之间：当 TTL 电平为高时，触点闭合；当 TTL 电
16、平为低时，触点断开。当用计算机来控制电磁阀时，用固态继电器。零交叉电路在交流电过零时产生触发信号，减少干扰。 18. 由三极管驱动的继电器的电路形式是怎样的？其中的续流二极管的作用。如果将继电器接在三极管 e 级有什么缺点？二极管的作用：当电流截止时，防止三极管被反向击穿，用二极管放电。缺点：1.继电器 K 两端需要 1224V 的电压才能使 K 接触良好，Ve=4.3V，不能提供足够电压。2.开始导通时，K 两端为 5V，电流增大，Vbe 下降，负反馈使导通变慢，减慢了导通速度。3.阻止了 Ib 跟 Ic 的导通，对 Ib 的导通十分不利。19. 模拟量输入接口和过程通道的概念和特点。模拟量
17、输入通道过程参数：由传感元件和变送器测量，并转换为电流(或电压) 后，再送多路开关；在微机控制下，由多路开关将各个参数依次地切换到后级，进行采样和 A/D 转换，实现巡回检测。20. 什么是标准的接口电压、电流信号，为什么要采用标准的接口电压、电流信号？变送器输出的信号为 010mA 或 420mA 的统一信号；DDZ-型的输出信号标准为 010mA,而 DDZ型和 DDZS 系列的输出信号标准为 420mA。21. 标准的接口电压、电流信号哪一种最常用？为什么？电流信号最常用，因为若设定电压，1）接口电压可能会由于接口触点氧化，使电阻变大，电压亦随之变化。2）若外接负载，也会改变接口电压的大
18、小。而标准电流接口却不会出现以上情况，因此标准电流接口比较常用。22. 画出有源 I/V 变换和无源 I/V 变换的电路，并说明其工作原理 。(1)无源 I/V 变换 I/V 变换的基本思想：电流转变成 电压 变换电路中各部分的作用：R1:限流电阻 D:将电压钳制在 5V+0.3V 以内R2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电阻，精度为0.1%。C 和 R1：组成阻容低通滤波电路（2） 有源 I/V 变换利用有源器件运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别：信号隔离。电流不直接流过 R2,VI=I*R1。利用运算放大器虚短和虚断概念，可求出同相放大电路的放大倍数。合理选择电阻，就可以得到相
19、应的电压输出。 23. 简述多路转换器的作用，什么时候需要采用多路转换器？多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。作用：利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或 A/D 转换器上，实现多路共享。24. 为什么要对模拟信号采样？模拟信号的采样特点，香农采样定理的要点。采样过程：按一定的时间间隔 T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻O、T 、2T、KT 的一连串脉冲输出信号的过程。香农采样定理：如果模拟信号(包括噪声干扰在内 )频谱的最高频率为 fmax，只要按照采样频率 f2fmax 进行采样，那么采样信号 y*(t)就能唯一地复现
20、 y(t)。实际常取 f(510)fmax，甚至更高。25. 量化的概念：用一组数码逼近离散模拟信号的幅值，量化误差： q/2，量化单位 q=(ymax-ymin)/(2n-1)。例:q=20mV 时，量化误差为 10mV，09901.009V 范围内的采样值，其量化结果是相同的，都是数字50。26. 采样保持器电路结构、工作原理及常用器件外特性。采样：K 闭合，C H 快速充电，V OUT 跟随 VIN保持：K 断开，V OUT 保持 VC缓慢变化的信号无需采样保持器27. 模拟信号最高频率、孔径时间和量化精度的相互关系。在采/保电路中，由于模拟开关 K 有一定的动作滞后，在保持命令发出后直
21、到模拟开关完全断开所需的时间称为孔径时间。量化：采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。量化单位（精度）：最低有效位所对应的模拟量 q；q=y(max)-y(min)/(2n-1)若模拟信号最高频率较高，需要采样保持器的孔径时间较小。28. A/D 转换器的主要技术指标。（转换时间、分辨率、量程）转换时间：AD 转换过程（即采样信号的量化过程）需要的时间。分辨率：AD 最低有效位可以表示的电压值。量程：AD 转换器可以线性转换的电压范围。29. A/D 转换器 ADC0809，带 8 通道模拟开关的 8 位逐次逼近 A/D 转换器，转换时间 100us, 误差1/2LSB。3
22、0. 模拟量输出通道的两种结构型式和特点。1.一个通路:一个数/模转换器优点：转换速度快、工作可靠，即使某一路 D/A 转换器有故障，也不会影响其它通路的工作。缺点：多通道使用较多的 D/A 转换器2.多个通路:共用一个数/模转换器 优点：节省了数/模转换器 缺点：只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。还需多路开关，且要求输出采样保持器的保持时间与采样时间之比较大。可靠性较差。 应用场合：适用于通道数量多而且速度要求不高的场合。 31. D/A 转换器关键技术指标，输出接口形式。D/A 转换器：将数字量转换成模拟量，模拟量输出(电流或电压) 与参考电压和二进制数成比例，通常带两级缓冲寄存器。
23、主要技术指标有：分辨率：用输入二进制数的位数表示，如 8、12、n 位，输入最低有效位 LSB 与满量程输出的 1/2n 相对应。建立时间：输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值(1/2)LSB 所需时间，一般为nS 。线性误差：理想转换特性(量化特性 ) 是线性的，但实际并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用 LSB 的分数表示，如(1/2)LSB 或1LSB 。与 A/D 转换器的线性误差定义相同。 32. D/A 转换器单极性与双极性输出电路及其应用场合，推导输出电压与输入数字量的公式。VOUT1 为单极性输出，D 为输入数字
24、量，V REF 为参考电压，则有VOUT1=-VREFD/2n VOUT2 为双极性输出，且由电流定律可推导得到VOUT2=-(R3/R1) VREF-(R3/R2)VOUT1=VREF (D/2n-1 )-1) 33. V/I 变换的目的、原理和方法。目的：把电压转换成电流。34. 分析直接将电压变换为负载电流的电路原理，计算 V/I 关系。 从电路图可知，利用 A1 作比较器，将输入电压与反馈电压进行比较，通过比较器输出电压控制 A2 的输出电压，从而改变晶体管 T1 的输出电流 IL,IL 的大小又影响参考电压 Vf,这种负反馈的结果是使得 Vi=Vf,而此时流过负载的电流为： 35.
25、DAC0832 与工业控制机 ISA 总线的接口电路原理和 D/A 转换程序。若 DAC0832 CS 的地址为 BASE，则 7FH 转换为模拟电压的接口程序为：DAOUT： MOV DX,BASEMOV AL,7FHOUT DX,ALRET36. 干扰的产生种类及其特点（三类）。干扰的产生种类：1）干扰既可能来源于外部，主要是空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象条件也是外来干扰。也可能来源于内部。2）内部干扰主要是分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰，甚至元器件产生的噪声也属于内部干扰。3）有硬件措施，有软
26、件措施。37. 硬件抗干扰技术包括哪些？1供电技术(1) 供电系统的一般保护措施(2) 电源异常的保护措施2接地技术 (1) 地线系统分析 (2) 低频接地技术 ：一点接地、实用低频接地 (3)通道馈线接地：电路单端接地、屏蔽层接地(4)主机外壳接地但机芯浮空 (5)多机系统的接地38. 串模干扰的定义、干扰产生机理及其通常采取的对策，并叙述这些对策的主要特点。串模干扰：（1）串模干扰串在信号回路中，又称常态干扰。（2）串模干扰的抑制。串模干扰的抑制：输入滤波（高频），双积分 A/D 转换（尖峰型 ）， 隔离与前置放大（电磁感应 ），阈值与频率特性等器件， 双绞线（电磁感应 ）。39. 共模干
27、扰的定义、干扰产生机理及其通常采取的对策，并叙述这些对策的主要特点。共模干扰：共模干扰在两个输入端上公有的干扰电压 ，又称共态干扰。主要干扰形式。共模干扰的抑制： 屏蔽线浮地， 隔离（光电、变压器），仪表放大器。40. 将模拟量转换为数字量时，可采用什么方法将输入量和输出量隔离？其隔离器件的特点是什么？1） 变压器隔离：利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压不成回路，从而抑制了共模干扰。2） 光电隔离：1.密封在一个管壳内，不会受到外界光的干扰。2.靠光传送，切断各部件电路之间地线的联系。3.动态电阻小，而干扰源内阻一般很大，能够传送到光电
28、耦合器输入端的干扰信号就变得很小。4.放大倍数较小，不如晶体管对干扰信号那么灵敏。41. 长线传输干扰的三个问题及其抑制方法。长线传输干扰产生： 易受干扰：电磁干扰； 传输延迟：杂散电容和电感； 存在波反射：阻抗不匹配长线传输干扰的抑制 ：终端电阻匹配：R=RP ， 注意平衡高低电平的抗干扰能力；始端电阻匹配： R=RPR0，R0 ： 门电路输出为低始的输出阻抗；双绞线：抗电磁干扰。 42. CPU 抗干扰技术的种类与特点。CPU 抗干扰采用 Watchdog(看门狗)复位、电源监控。1、MAX1232 看门狗电路低电源、定时器定时、手动等三种复位方式； RST：电源复位脉冲（ 250ms 宽
29、度） 2MAX1232 的主要功能1）电源监视： Vcc 低于某值复位，TOL：电源容限（0:5；1:10%）2）监控定时器：ST：选通输入（定时器复位）； TD： 0：150ms；悬空： 600ms ， Vcc ： 1.2 s3）掉电保护和恢复运行3、其他微处理器监控电路 1）带电池切换的监视器： MAX690/692/703/7044、软件抗干扰43. MAX1232 看门狗电路的功能和特点。MAX1232 的主要功能1）电源监视： Vcc 低于某值复位，TOL：电源容限（0:5；1:10%）2）监控定时器：ST：选通输入（定时器复位）； TD： 0：150ms；悬空： 600ms ， V
30、cc ： 1.2 s3）掉电保护和恢复运行44. 接地的重要性，接地注意问题（不同电源接地、模拟地、数字地、浮地、屏蔽接地、低频单点与多点接地），安全接地线的标志、颜色。第三章：45. 数控系统：输入装置、输出装置、控制器和插补器。46. 开环控制、闭环控制、半闭环控制的特点与应用范围。闭环数字程序控制：这种结构的执行机构多采用直流电机(小惯量伺服电机和宽调速力矩电机)作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器(码盘)、光栅、感应同步器等。开环数字程序控制：这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置
31、，至于刀具是否到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来决定。 47. 高速直线插补时，控制器输出和实际机构运动是什么曲线？48. 步进电机的主要技术参数及作用有哪些？1）最高空载频率 f0（最高启动频率 f s）2) 最大静转矩 T3）步距角 （半步与整步）4）相电流（半流、全流与电流设定），对应电机的转速、功率、电压。49. 步进电机按工作原理分哪几类？按工作原理分类：1） 激磁式（电磁式）：定子和转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。2） 反应式（磁阻式）： 转子无绕组，定子绕组励磁后产生力矩，使转子转动。3）永磁式：转子和定子的某
32、一方具有永久磁钢，另一方为软磁材料。绕组通电建立磁场与恒定磁场相互作用产生转矩。4）混合式（永磁感应式）还可以分为快速步进电动机功率步进电动机。50. 步进电机作为开环控制能保证控制精度吗？能采用闭环控制吗？51. 最高空载频率 f 0 与最高启动频率 fs 的区别，步进电机额定负载正常运行过程应该采用什么频率？52. 步进电机的“ 相 ” 和“ 拍 ” 的含义，其工作方式，与速度和精度的关系如何？步进电机的“ 相”和“ 拍”“ 相”绕组的个数；“ 拍”绕组的通电状态。53. 双三拍与单三拍异同（步距角、速度、力矩）。三相单三拍：A 相 B 相 C 相步进电机的双三拍工作方式 绕组的通电顺序：
33、A B 相 BC 相 CA 相电压波形54. 步进电动机的什么时候采用加减速控制，加减速控制的特点，短距离与长距离时的加减速控制的区别。步进电机的速度控制，就是控制步进电机产生步进动作的时间，即控制步进电机各相绕组通电状态的切换时间，使步进电机按照给定的速度规律进行工作。工作行程，返回行程 标准位移运动控制曲线：上升-保持 -下降-保持- 停止如图：A 为长距离加减速，B 为短距离加减速。55. 常用步进电机的驱动器有几种，特点如何？（单电压驱动，高低压驱动，恒流崭波，调频调压，细分电路）1、 单电压驱动：时间常数 T=L/Ri ， 加大 R，改善脉冲前沿。2、 高低压驱动：启动与保持3、 恒
34、流崭波：相电流恒流控制4、 调频调压：驱动电压随频率变化驱动电源低频时用较低的电压供电，高频时用较高的电压供电。升频升压驱动电路可以较好地满足这一要求。5、 细分电路56. 步进电机驱动中的恒流斩波控制的工作原理与特点。改善了输出转矩的下降，使励磁绕组中的电流维持在额定值附近。57. 步进电机带负载的能力如何确定（与 T 有关），步进电机速度过快会或过载时有什么现象？58. 常用步进电机驱动器的接口与应用。第四章：59. 数字控制器的连续化设计的原理和设计步骤。设计方法：采样周期短、控制算法简单的系统。忽略零阶保持器和采样器，求出系统的连续控制器，以近似方式离散化为数字控制器。步骤：设计假想的
35、连续控制器 D(s)；选择采样周期 T ；将 D(s)离散化为 D(z)；设计由计算机实现的控制算法；校验：符合要求？60. 如何选择采样周期 T ？香农采样定理给出了从采样信号恢复连续信号的最低采样频率，为信号最高频率的 2 倍以上，周期 T 为采样频率的倒数。且假定相位裕量可减少 515，则采样周期应选为： （ C是连续控制系统的剪切频率）用数字控制器去近似连续控制器，要有相当短的采样周期。61. 双线性变换法、前向差分法、后向差分法的特点和应用范围。双线性变换法： 前向差分法： 后向差分法：双线性变换的优点在于，它把左半 S 平面转换到单位圆内。如果使用双线性变换，一个稳定的连续控制系统
36、在变换之后仍将是稳定的；而使用前向差分法，就可能把它变换为一个不稳定的离散控制系统。即：双线性变换保持稳定；前向差分不能保持稳定 ；向后差分比原来更稳定。62. PID 控制的 含义是什么？什么情况下采用 PID 控制？PID 调节器：按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，在连续系统中技术最成熟，应用最广。PID 调节器结构简单、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数又经常发生变化时，应用 PID 控制技术，在线整定最为方便。63. 数字 PID 控制器的作用和设计。（比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定；积分作用：消除静差，但容易引起超调，甚至
37、出现振荡；微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统的动态特性。）数字 PID 调节器设计用数值逼近的方法实现 PID 控制规律。数值逼近的方法：用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟 PID 离散化为差分方程。64. 数字 PID 控制中的位置式和增量式的形式、特点和应用。数字 PID 位置型控制算法：其中： Kp 为比例系数；Ti 为积分时间常数；Td 为微分时间常数。特点：位置型控制算法提供执行机构的位置 u(k)，比如阀门的开度，需要累计 e(i)。数字 PID 增量型控制算法：即：增量型控制算法提供执行机构的增量 u(k)。65. 为什么要对积分项进行改进?改进的方法有哪
38、些（积分分离，抗积分饱和，梯形积分，消除积分不灵敏区）。（1）积分分离：改进原因：当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，存在较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的波动。改进方法：当 |e(k)| 时，采用 PD 控制；当 |e(k)| 时，采用 PID 控制。积分分离阈值 的确定： 过大，达不到积分分离的目的； 过小，则一旦控制量 y(t)无法跳出各积分分离区，只进行 PD 控制，将会出现残差。（2）抗积分饱和：积分饱和：如果执行机构已到极限位置，仍然不能消除偏差，由于积分的作用，尽管计算 PID 差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行结构已无相应
39、的动作，控制信号则进入深度饱和区。 影响：如果系统程序反向偏差， 则 u(k)首先需要从饱和区退出，进入的饱和区越深，退出时间越长，导致超调量增加。改进方法：对控制量 u(k)限幅。（3）梯形积分改进原因：减小残差，提高积分项的运算精度。改进方法：矩形积分改为梯形积分。（4）消除积分不灵敏区改进原因：由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所表示数的精度，计算机就作“零”处理，此时积分作用消失，这称为积分不灵敏区。改进措施：增加 A/D 转换位数，加长运算字长，提高运算精度。当积分项连续 n 次小于输出精度 的情况下，不要把它们作为“零”处理，而是把它们累加起来，直到累加值大于 时才输出，同时
40、把累加单元清零。66. 为什么要对微分项的改进？叙述其方法和特点【不完全微分 PID 控制（两种方式：直接串在微分项；串在 PID调节器之后），微分先行 PID 控制算式】（1）不完全微分 PID 控制改进原因：微分具有放大干扰信号的特点在 PID 控制中，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡。改进方法：串联一阶惯性环节，作为低通滤波器抑制高频噪声，组成不完全微分 PID 控制器。两种方式：直接串在微分项；串在 PID 调节器之后。（2）微分先行 PID 控制算式改进原因：为避免给定值的升降给系统带来冲击，如超调过大，调节阀动作剧烈。微分先行：把微分运算放在前面
41、，后面跟比例和积分运算。改进方法：把微分提前，只对被控量 y(t)微分，不对偏差 e(t)微分。 67. 时间最优 PID 控制：Bang-Bang 控制和 PID 控制相结合的特点、应用范围。Bang-Bang 控制，开关控制，对 |u(t)|=1，采用一定的方法在1，1 间切换，使时间最短。68. 带死区的 PID 控制算法的特点。改进原因：避免控制动作过于频繁 。69. 数字 PID 控制器的参数整定，采样周期的选择，采样周期的考虑因素。参数整定：1、采样周期的选择；2、按简易工程法整定 PID 参数；3优选法；4凑试法确定 PID 参数；5.PID 控制参数的自整定法采样周期的选择：（
42、1）采样周期上下限的确定采样周期上限 Tmax （大）的确定：采样（香农）定理 T max = /max，其中 max 为被采样信号的上限角频率。采样周期下限 Tmin （小）的确定： Tmin 为计算机执行程序和输入输出所耗费的时间。（2）采样周期的考虑因素给定值频率变化：给定值变化频率与采样频率成正比。被控对象与执行机构特性：被控对象是慢速对象，采样周期取得大，否则应小；执行机构是快速系统，采样周期应取得较小，否则应大。控制算法的类型：采样周期 T 太小，将使微分积分作用不明显，受计算精度和计算时间的影响。控制回路数：采样周期 T 应大于等于所有回路控制程序执行时间和输入输出时间的总和。7
43、0. 工程法整定 PID 参数（扩充临界比例度法，扩充响应曲线法，归一参数整定法）。71. 数字控制器的离散化设计步骤和特点。设计步骤：1.根据控制系统的性能指标要求和其它约束条件，确定所需的闭环脉冲传递函数 (z)。2.求广义对象的脉冲传递函数 G(z)。3. 求取数字控制器的脉冲传递函数 D(z)。4. 根据 D(z)求取控制算法的递推计算公式。特点：离散化设计技术比连续化设计技术更具有一般意义，它完全是根据采样控制系统的特点进行分析和综合，并导出相应的控制规律和算法。72. 设计数字控制器 D（Z）时，要求考虑哪些因素。73. 数字控制器的直接设计方法和种类。74. 最少拍控制系统是如何
44、设计的，写出控制器的形式。最少拍系统的设计原则是：若系统广义被控对象 G(z)无延迟且在 z 平面单位圆上及单位圆外无零极点，要求选择闭环脉冲传递函数(z)，使系统在典型输入作用下，经最少采样周期后能使输出序列在各采样时刻的稳态误差为零，达到完全跟踪的目的，从而确定所需要的数字控制器的脉冲传递函数 D(z)。75. 典型输入下的最少拍控制系统分析。书本 P11876. 根据 z 变换的终值定理，理解系统的稳态误差的公式。同上。77. 最少拍控制器有什么局限性？最少拍控制器的设计是使系统对某一典型输入的响应为最少拍，但对于其它典型输入不一定为最少拍，甚至会引起大的超调和静差。 (1)最少拍控制器
45、对典型输入的适应性差 (2)最少拍控制器的可实现性问题 (3)最少拍控制的稳定性问题78. 最少拍控制器的可实现性问题指什么？ 最少拍系统设计的物理可实现性指将来时刻的误差值，是还未得到的值，不能用来计算现在时刻的控制量。要求数字控制器的脉冲传递函数中，不能有 z 的正幂项，即不能含有超前环节。79. 最少拍控制的稳定性问题(最少拍控制系统的每个采样点之间的控制值 U 和输出值 Y 稳定吗？如何解决？)G(z)稳定：z 单位圆上和圆外无极点，不含纯滞后环节。最少拍 (z) 成立的条件：G(z) 稳定。否则系统发散， (z)不可能实现。不含有纯滞后环节。否则根据最少拍控制器的可实现条件， D(z) 不能实现。改进办法：对，在 (z)中增加滞后时间大于等于 G(z) 纯滞后时间的纯滞后。对 ，则可以在选择 (z) 时，增加稳定性约束条件，保证系统稳定。应注意：不能采取 D(z)和 G(z)零极点对消方式，而从理论上得到稳定的闭环系统。80. 工业过程中的纯滞后现象与解决方法。解决方法：在 (z)中增加滞后时间大于等于 G(z) 纯滞后时间的纯滞后。
